Vindkraftsystem
Wind Power Systems

EIEN10, 7.5 högskolepoäng, A (Avancerad nivå)

Gäller för: 2024/25
Fakultet: Lunds tekniska högskola
Beslutad av: Programledning E
Beslutsdatum: 2024-04-02
Ikraftträdande: 2024-05-08

Allmänna uppgifter

Fördjupning: Avancerad nivå, kurs/er som inte kan klassificeras
Valfri för: E4-em, F4, F4-es, M4-en, MHET2, N4-es, W5-es
Undervisningsspråk: Kursen ges på begäran på engelska

Syfte

Kursen syftar till att ge grundläggande kunskaper inom vindkraft och dess användning i samhället. Den syftar även till att på ett ingenjörsmässigt sätt identifiera och förklara vindkraftteknik och -system samt deras integrering i kraftsystemet. Kursen har stor relevans för en hållbar utveckling av energisystemet där vindkraft för tillfället är en av de mest expansiva förnybara energikällorna med en årlig global utbyggnadstakt på ca 20 %.

Behovet av elektrisk energi växer ständigt samtidigt som kraven på miljövänlig elproduktion blir allt större. Utbyggnaden av miljövänliga alternativ ökar successivt till följd av globala och nationella mål på förnybar elproduktion. I Sverige har elcertifikatsystemet fram till 2021 varit en drivkraft för utbyggnaden av förnybar elproduktion och anses därefter inte vara i behov av bidrag. Vindkraften förväntas successivt ta en allt större andel då den befintliga kärnkraften minskar och troligen är utfasad före år 2040. I takt med större andel förnybar elproduktion ställs högre krav på elkraftsystemet till följd av minskade reglermarginaler. För att bibehålla elförsörjningens höga driftsäkerhet kommer även kraven på vindkraftsystem att öka, speciellt för allt fler nyetablerade storskaliga anläggningar både på land och till havs.

I kursen beskrivs nuläget och möjligheterna för vindkraften att bidra till energiförsörjningen i Sverige och internationellt. Vi studerar bland annat vinden som energiresurs, verkens produktion och uppbyggnad samt miljöfrågor.

Mål

Kunskap och förståelse
För godkänd kurs skall studenten

• Kunna förstå vindens och omgivningens betydelse för att bedöma platsval för anläggning
• Kunna redogöra för olika vindkraftskonstruktioner med deras för- och nackdelar
• Kunna beskriva en vindkraftanläggning på både komponent- och systemnivå
• Kunna redogöra för olika reglermetoder och begränsningar av vindkraftverk
• Kunna förstå betydelsen av inbördes placering av vindkraftverk i en anläggning
• Kunna förstå de tekniska krav (grid codes) som gäller i samband med inkoppling till nätet
• Kunna inse betydelsen av små- och storskalighet och dess påverkan på kraftsystemet
• Kunna redogöra för de viktigaste momenten inom projektering, konstruktion och drift & underhåll
• Kunna redogöra för hur vindkraftverk påverkar miljön

Färdighet och förmåga
För godkänd kurs skall studenten

• Kunna informera om och beskriva vindkraftsystem på ett objektivt sätt
• Kunna utföra dimensionerande beräkningar för vindkraftverk
• Kunna formulera en matematisk modell av ett vindkraftverk utifrån information om de ingående komponenterna och hur de samverkar
• Kunna analysera vindresurs och estimera årlig produktion för vindkraftsystem
• Kunna relatera anläggningsplats, placering av verk, rotordiameter, generatorkapacitet och verkningsgrad för val av design och optimering av elproduktion
• Kunna relatera val av design och vindkraftskonstruktion för bedömning av robusthet och tillgänglighet
• Kunna göra en ekonomisk analys av en vindkraftanläggning

Värderingsförmåga och förhållningssätt
För godkänd kurs skall studenten

• visa insikt i vindkraftens möjligheter och begränsningar och dess roll i samhället
• objektivt bedöma för och emot integrering av vindkraft geografiskt lokalt men även nationellt och ur ett globalt perspektiv.

Kursinnehåll

• Historisk överblick av vindkraftens utveckling och dess geografiska expansion
• Vindpotential och dess fysikaliska bakgrund. Påverkan av terräng vid val av anläggningsplats. Energiinnehåll och produktionsberäkning.
• Teknik och system för vindkraftanläggningar. Funktion och egenskaper för olika konstruktioner. Styrning, reglering och drift
• Storskalig och småskalig utbyggnad. Exempel på storskalig havsbaserad anläggning.
• Design och dimensionering för optimering av produktion, tillgänglighet och kostnad.
• Integrering av vindkraftsystem till kraftsystemet. Anslutningskrav och systemtjänster.
• Vindkraftens påverkan på Elmarknaden.
• Modellering, simulering och analys av vindkraftsystem.
• Arbetsmoment inom projektering, konstruktion och drift & underhåll.

Inlämningsuppgifter, projektuppgift samt laboration

Studiebesök hos kraftbolag med vindkraftanläggning.

Kursens examination

Betygsskala: TH - (U, 3, 4, 5) - (Underkänd, Tre, Fyra, Fem)
Prestationsbedömning: För godkänd kurs krävs fullgörande av en laboration med förberedelseuppgifter, en simuleringsuppgift, en designövning, två inlämningsuppgifter, projektuppgift samt skriftlig sluttentamen som innefattar uppgifter med både problemlösning och teorifrågor.

Om så krävs för att en student med varaktig funktionsnedsättning ska ges ett likvärdigt examinationsalternativ jämfört med en student utan funktionsnedsättning, så kan examinator efter samråd med universitetets avdelning för pedagogiskt stöd fatta beslut om alternativ examinationsform för berörd student.

Moduler
Kod: 0111. Benämning: Vindkraftsystem.
Antal högskolepoäng: 7.5. Betygsskala: TH - (U, 3, 4, 5). Prestationsbedömning: Godkänd skriftlig tentamen,
Kod: 0211. Benämning: Laborationer och projekt.
Antal högskolepoäng: 0.0. Betygsskala: UG - (U, G). Prestationsbedömning: För att bli godkänd på kursen krävs godkända redovisningar av inlämningsuppgifter, datorövningar laboration och projekt.

Antagningsuppgifter

Förutsatta förkunskaper: ESSF15 Elenergiteknik (E+W), MIE012, EIEF35 Elektroteknikens grunder (M), ETE115, EITF90 Ellära och elektronik (F).
Begränsat antal platser: Nej

Kurslitteratur

• James F. Manwell, Jon G. McGowan, Anthony L. Rogers: Wind Energy Explained - Theory, Design and Application. 2009, ISBN: 9780470015001.

Kontaktinfo

Kursansvarig: Dr Jörgen Svensson, jorgen.svensson@iea.lth.se
Hemsida: https://www.lth.se/iea/utbildning/valfria-kurser-i-lund/vindkraftsystem/